Axe 2.1: Vers la protonthérapie par laser ultra intense

Depuis une dizaine d’années, les protons accélérés avec des lasers ultra-intenses sont proposés comme une substitution des accélérateurs conventionnels pour traitement des cancers [Bulanov, Khoroshkov, Plasma Phys Rep.2002, Fourkal et al Med Phys 2002]. Bien que les lasers montrent un progrès au niveau de l’énergie des protons accélérés, cette source prometteuse est loin d’être maîtrisée. L’une des thématiques abordée par le projet IOPRA était consacrée à la veille technologique et industrielle pour l’implantation à Bordeaux d’un équipement de protonthérapie développé à partir d’une technologie utilisant des lasers de haute puissance. Le progrès récents dans la technologie des lasers de haute puissance doit être accompagné par les recherches plus focalisées sur le développement d’une source des protons adaptée aux fins médicales. Cela inclut la maîtrise de l’énergie des protons accélérés, la protection du patient des autres rayonnements néfastes (parasites) produits par laser, l’acheminement des particules accélérées de la source à l’objet, le contrôle de la forme spatiale et de la dose de l’irradiation, etc. Tous ces éléments sont nécessairement à étudier au préalable afin de démontrer le potentiel de la source laser de remplacer le schéma actuel de l’accélérateur cyclotron et du système de contrôle du faisceau (gantry) par un laser compact et le système de guidage plus compacte et efficace.

L’axe 2 du programme POPRA porte sur de la recherche amont dans ce domaine en vue de développer une telle source de protons créée par laser adapté pour l’utilisation clinique en radiothérapie. Les schémas compacts d’accélération de faisceaux de protons et d’ions multi-chargés se multiplient en promettant dans quelques années la démonstration des particules dans la gamme d’énergies de 200–300 MeV pertinente. Néanmoins, les démonstrations expérimentales restent encore aujourd’hui à des étapes très en amont, bien que les récents progrès obtenus par des chercheurs allemands et américains en termes de l’énergie maximale et de transport des ions confirment les perspectives prometteuses offertes par les lasers ultra intenses. Les recherches proposées dans ce programme visent l’évaluation systématique et rigoureuse du potentiel des lasers ultra-intenses pour la radiothérapie. Les quatre directions couvrent l’analyse du chemin parcouru par les protons de la source à l’objet et comprennent :

  • le contrôle du spectre et de l’énergie des protons accélérés par laser ;
  • l’optimisation de la source en termes de la cadence, la protection du rayonnement parasite, et la compatibilité avec l’environnement hospitalier ;
  • le développement de systèmes compacts et efficaces de sélection en énergie et de guidage des protons de la source au patient ;
  • la métrologie adaptée du faisceau des particules et de la dose déposée. Tous ces problèmes restent parmi les défis les plus importants à relever. Les principaux sujets de recherche que nous proposons de développer dans ce contexte sont présentés ci-dessous.
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